曲面球形網(wǎng)架施工工藝及技術(shù)分析

李青山

(山西省第三建筑工程公司，山西長治 046000)

0 引言

曲面球形網(wǎng)架是一種屋蓋承重結(jié)構(gòu)，是多次超靜定空間結(jié)構(gòu)的一類。這種網(wǎng)架結(jié)構(gòu)與一般平面架結(jié)構(gòu)相比，改變了受力狀態(tài)，能承受來自各方的荷載，具有較強的抗震性能，是目前我國大多數(shù)建筑中廣泛使用的一種結(jié)構(gòu)。但是由于諸多因素的影響，給曲面球形網(wǎng)架施工帶來了一定的困難。為確保該結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量安全，本文就曲面球形網(wǎng)架施工工藝與技術(shù)進行了研究分析，闡述了該網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的優(yōu)點，從而為類似工程施工提供了有利依據(jù)。

1 曲面球形網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的優(yōu)點

1)曲面球形網(wǎng)架結(jié)構(gòu)屬于高次超靜定結(jié)構(gòu)體系，屋面整體剛度受力明確、均勻，在柱距變化時傳力環(huán)節(jié)較少，有利于協(xié)調(diào)柱距變化后受力不均衡現(xiàn)象。

2)根據(jù)對網(wǎng)架結(jié)構(gòu)空間受力分析，可知各桿件材料力學(xué)性能得到了充分的利用，相對平面桁架支撐而言，其受力更加科學(xué)合理，生產(chǎn)耗費鋼材料較小。

3)在建筑工程施工中采用曲面球形網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，有效地降低了空間高度，使得建筑造型具有一定的視覺美觀效果。網(wǎng)架屋面減輕了結(jié)構(gòu)自重，使得屋蓋輕巧，降低了倉庫高度。

4)該網(wǎng)架結(jié)構(gòu)抗震性能好，施工工期較短，往往只需要安裝小型機械即可。網(wǎng)架結(jié)構(gòu)桿件規(guī)格、類型、節(jié)點種類較少，決定了該結(jié)構(gòu)的簡單性。

5)由于常規(guī)屋面體系為平面受力體系，平面外剛度和穩(wěn)定往往需要復(fù)雜的支撐體系來保證，這就使得桿件強度無法得到充分的發(fā)揮，導(dǎo)致耗鋼量十分大。再加上平面鋼桁架桿件類型、規(guī)格、節(jié)點種類繁多，結(jié)構(gòu)受力線路長，節(jié)點連接部分容易受到集中的應(yīng)力，難以確保良好的抗震性能。且鋼桁架和屋面板自重較大，吊裝作業(yè)一般需要大型機械。在這樣的環(huán)境下，曲面球形網(wǎng)架結(jié)構(gòu)打破了種種限制與困難，在建筑施工中得到了廣泛的應(yīng)用。

2 曲面球形網(wǎng)架施工工藝及技術(shù)分析

1)安裝方法。

根據(jù)建筑實際球形網(wǎng)架結(jié)構(gòu)形式，將其拆分為每跨的單元形式，這就使得安裝施工選擇的方法較多。比如可以先在地面組合開始第一跨，等到第一跨安裝完成后，直接在空中展開后續(xù)部分的組合;另外也可以先進行間隔兩跨的安裝，然后在兩跨間進行空中補跨，依次進行施工。

2)安裝前準(zhǔn)備。

曲面球形網(wǎng)架在組合安裝前，需要放線測量相關(guān)的位置，如網(wǎng)架結(jié)構(gòu)支座定位軸線、水平度、標(biāo)高以及支座錨固位置等，采用水準(zhǔn)儀、鋼尺以及經(jīng)緯儀進行實際測量。通常情況下需要對原支撐結(jié)構(gòu)檢查后方可進行安裝，并且安裝需求必須滿足國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計要求。由于桿件內(nèi)力和節(jié)點變形是支座節(jié)點在一定約束條件下進行計算的，這就使得支承墊塊的規(guī)格、類型、擺放位置以及朝向都必須滿足相關(guān)設(shè)計要求。比如支座點的位置和朝向分布有周邊支承、點支承、兩邊支撐兩邊開口等，如果支座點位置和朝向改變勢必會引起支承點分布的改變，對網(wǎng)架結(jié)構(gòu)邊界條件產(chǎn)生影響。

3)網(wǎng)架的拼裝。

采用散裝法進行網(wǎng)架的拼裝，能大大的縮短施工工期。其具體方法是:把網(wǎng)架中間起拱部分下弦中心部位作為基本的拼裝單元，將下弦中心橢圓上的五個節(jié)點保持在同一水平面上，其對角偏差保持在±3 mm以下。然后點焊固定組裝上腹桿上弦，以此作為基本單元，向四周對稱散裝。在每圈節(jié)點球拼裝后，需要利用三維坐標(biāo)進行復(fù)核校正，采用水平儀測量Z向坐標(biāo)，用吊錘將橢圓中心和待測節(jié)點中心垂直投影到地面，測量X和Y軸坐標(biāo)，在此過程中需要嚴(yán)格控制誤差，確保網(wǎng)架成型規(guī)矩。如果出現(xiàn)較大錯誤需要及時的糾正，為后期散裝法提供有利的施工條件。拼裝網(wǎng)架下弦球節(jié)點處需要設(shè)置支撐，且高度在300 mm以上，確保仰焊順利完成。支撐的強度一般需要按照網(wǎng)架承載的重量進行計算，要求底部夯實，并墊有木塊。

4)焊接。

a.網(wǎng)架的焊接。

網(wǎng)架焊接是該結(jié)構(gòu)施工中關(guān)鍵的工序，必須予以高度的重視。焊接前需要清潔焊口上的鐵銹、雜物，避免油污在焊接電弧作用下生成磷化物，造成焊縫的熱脆性，形成焊縫裂紋。焊接時由于母材打火會增加網(wǎng)架的內(nèi)部應(yīng)力，應(yīng)該避免在母材上打火。如果遇到下雨天氣，且風(fēng)力大于五級，應(yīng)該停止焊接施工，主要原因是雨在電弧作用下可能會電解出氧氣和氫氣，氫氣對鋼材具有冷脆性，加上較大的風(fēng)力導(dǎo)致電焊容易偏弧，造成咬肉。焊接網(wǎng)架時需要遵循從中央到四周、從下到上的順序，管球焊接采用單面焊接雙面成型，多層多道焊接工藝。焊接時需要重視第一層焊縫質(zhì)量，確保根部熔合好、背面成型整齊。每層焊接完成后需要清潔焊縫表面，認真檢查有無缺陷，避免貼角焊縫出現(xiàn)咬肉現(xiàn)象。

b.焊縫的檢測。

檢測焊縫往往包括外觀檢測和無損檢測兩個部分。外觀檢測是專職檢測質(zhì)量人員對所有焊縫進行100%的外觀檢測，堅決杜絕裂紋、氣孔、咬肉等現(xiàn)象，用焊縫量檢測焊縫的高度與寬度是否符合要求。無損檢測是采用超聲波對其外觀進行檢測。根據(jù)相關(guān)規(guī)定，對大中跨度鋼管網(wǎng)殼的拉桿與球?qū)雍缚p，抽檢數(shù)量不能小于總數(shù)的20%，且需要按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和制度進行檢驗。對內(nèi)部有超標(biāo)缺陷的焊縫必須進行返修，每條焊縫只能返修兩次，返修后復(fù)檢無誤后方可視為合格。

c.焊縫的返修。

在焊接中經(jīng)常會遇到焊縫返修的問題，焊縫出現(xiàn)裂紋時不能擅自處理，應(yīng)該向上級部門上報，技術(shù)人員查清原因，制定完善的返修措施后才能進行處理。焊縫缺陷是裂紋時，碳弧氣刨應(yīng)該在裂紋兩端鉆止裂孔并清除裂紋和兩端50 mm長的焊縫和母材。對于焊縫的修補需要在破口內(nèi)引弧，熄弧時填滿弧坑。當(dāng)焊縫長度大于500 mm時，一般采用分段退焊法，并確保焊接的連續(xù)性。

d.網(wǎng)架支座的焊接。

網(wǎng)架支座焊接前同樣需要清潔表面的油脂和污垢，除去鐵銹、油漆涂層等，才能進行下道工序。鋼材除銹合格后，油漆應(yīng)該按照設(shè)計要求進行涂刷，第一遍底漆干燥后再進行下一道面漆涂刷，確保涂層厚度達到相關(guān)質(zhì)量與設(shè)計要求。表面涂裝施工時和施工后，往往需要對涂裝過的桿件進行保護，避免塵土和其他雜物的污染。制作完成后必須按照相關(guān)規(guī)范進行驗收，提交相關(guān)資料，然后進行切割下料、焊接和噴砂。

5)整體吊裝。

在網(wǎng)架拼裝完成后，需要進行整體吊裝，其具體方法是:在網(wǎng)架的長向南、北兩面設(shè)置6個吊點，在吊點相應(yīng)位置的下弦球下設(shè)置一個吊裝架，上面掛一套滑輪組，由滑輪組帶動網(wǎng)架整體上升。每套滑輪組包括一個20 t的定滑輪、一個20 t的動滑輪、一個導(dǎo)向滑輪等。該吊裝方法吊點設(shè)置在網(wǎng)架兩端，接近正吊正放，在高空小距離水平位移就位，具有良好的安全性和穩(wěn)定性。

3 結(jié)語

曲面球形網(wǎng)架結(jié)構(gòu)具有成本低、施工周期短、剛度均勻以及建筑造型美觀等優(yōu)點，在我國大多數(shù)建筑工程施工中廣泛應(yīng)用，大量實踐表明其取得了較大的技術(shù)效益和經(jīng)濟效益。因此相關(guān)部門應(yīng)該不斷對曲面球形網(wǎng)架施工工藝和技術(shù)進行創(chuàng)新與改進，重視各個施工細節(jié)，嚴(yán)格控制施工各環(huán)節(jié)的難點與重點，促使該技術(shù)為建筑行業(yè)的蓬勃發(fā)展增光添彩。

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